پایگاه داده ها (3)

سطح ادراکی

سطح ادراکی کل داده های که در پایگاه داده ذخیره می شوند و ارتباط مابین آنها را شرح می دهد. یعنی داده هائی درباره انواع موجودیت ها و ارتباط آنها در محیط عملیاتی را توصیف می کند.
سطح ادراکی دید طراح پایگاه داده از داده های ذخیره شده در پایگاه داده است. داده های دنیای واقعی آنطور که واقعا هستند توسط طراح پایگاده داده مدل می شوندد.
برای تعریف سطح ادراکی از یک ساختار یا مدل داده استفاده می شود که شمای ادراکی (conceptual schema) نامیده می شود. شمای ادراکی کلیه داده ها و ارتباط بین آنها را توصیف می کند. علاوه بر این رویه های شناسائی و قیدهای جامعیت را نیز دربر می گیرد.
برای کسب استقلال داده، شمای ادراکی تنها درگیر معنی داده است و جنبه های نمایش داده، سازماندهی فیزیکی و استراتژی های دستیابی ندیده گرفته می شود.
شمای خارجی از شمای ادراکی مشتق می شود و اگر مدل داده در هر دو سطح یکسان نباشد سیستم پایگاه داده را دوساختاری می نامند.

سطح داخلی

سطح داخلی درگیر چگونگی نمایش فیزیکی پایگاه داده روی سیستم کامپیوتری است و شرح می دهد چگونه داده واقعا در پایگاه داده و سخت افزار ذخیره می شود.
سطح داخلی دید طراح پایگاه داده از محیط فیزیکی ذخیره سازی و درواقع فایل های محیط فیزیکی است که توسط شمای داخلی (internal schema) توصیف می شود. شمای داخلی نحوه نمایش فیزیکی داده هایی را که در شمای ادراکی شرح داده شده را مشخص می کند. انواع مختلف رکوردها، فیلدهای داده، فایل ها، نحوه نمایش رکوردها در فایل، استراتژی دستیابی، شاخص ها و چگونگی ترتیب رکوردها در فایل توسط شمای داخلی تشریح می شوند.
جزئیات تبدیل به منبع ذخیره سازی در معماری سه سطحی بیان نمی شود و از این سطح به پائین در اختیار DBMS نیست و به عهده سیستم عامل و درایورهای دستگاه ذخیره سازی است.
مثال. در یک سازمان موجودیت کارمند را درنظر بگیرید. دوکاربرUser1 و User2 با دو دید مختلف با این موجودیت کار می کنند. تعریف دیدهای خارجی، ادراکی و داخلی می توانند چنین باشند:

خارجی.

User View 1(PL/1): DCL 1 EMPP, 2 Emp# Char(6), 2 Sal Fixed Bin (31); User View 2(COBOL): 01 EMPC. 02 Empano Pic x(6). 02 Pic x(4).

ادراکی.

Employee Employee_Number Character(6) Department_Number Character(4) Salary Numeric (5)

داخلی.

Stored_Emp Prefix Type=Byte(6), Offset = 0 Emp# Type = Byte (6), Offset = 6, Index = Empx Dept# Type = Byte (4), Offset = 12 Pay Type = FullWord, Offset = 16

تبدیلات بین سطوح

در معماری سه سطحی روش هائی برای تبدیل سطوح به یکدیگر وجود دارد. دو سطح از تبدیل موجود است:
• تبدیل ادراکی/داخلی ارتباط دید داخلی و ادراکی را تعریف می کند. تعیین می کند رکوردها و فیلدهای سطح ادراکی چگونه در سطح داخلی نمایش داده شوند. تغییرات در سطح داخلی باعث عوض شدن تبدیل ادراکی/داخلی می شود. بنابراین شِمای ادراکی ممکن است ثابت بماند تا استقلال فیزیکی حاصل شود.
تبدیل خارجی/ادراکی ارتباط دید ادراکی و یک دید خاص خارجی را برقرار می کند. مثلا یک صفت خاصه از دید کاربری ممکن است ترکیبی از چندین فیلد در سطح ادراکی باشد. تغییر در تعاریف ادراکی باعث تغییر نگاشت ادراکی/خارجی می شود. از این رو شِمای خارجی ممکن است ثابت بماند تا استقلال داده منطقی بدست بیاید.

استقلال داده

سیستم های قدیمی وابسته به داده بودند به این معنی که روش سازماندهی داده در دستگاه جانبی و روش دسترسی به آن توسط برنامه و در منطق آن ساخته می شدند. در چنین سیستمی تغییر در ساختار دخیره سازی یا استراتژی دستیابی بدون تاثیر روی برنامه غیرممکن است.
یکی از مزایای سیستم پایگاه داده استقلال داده است. استقلال داده به معنی مصونیت برنامه ها از تغییرات ساختار ذخیره سازی و استراتژی دستیابی است. ساختار ذخیره سازی بدون تاثیر روی دیدهای کاربران است می تواند تغییر کند. پایگاه داده و برنامه های کاربری هم می توانند مستقل از یکدیگر تغییر کنند.
دو نوع استقلال داده وجود دارد:

1. استقلال فیزیکی داده :

• استقلال فیزیکی داده نشان می دهد تا چه اندازه شمای داخلی می تواند بدون تاثیر روی برنامه های کاربردی تغییر کند.

2. استقلال منطقی داده :

• استقلال منطقی داده نشان می دهد تا چه اندازه شمای ادراکی می تواند بدون تاثیر روی برنامه کاربردی تغییر کند.

زبان میزبان و زبان فرعی داده

برنامه نویسان، برنامه های کاربردی را با استفاده از یک زبان های سطح بالا نظیر Visual basic، Java و Visial C پیاده سازی می کنند. زبان سطح بالائی که علاوه بر داشتن امکانات گوناگون دارای دستوراتی برای تعریف و کار با داده هستند زبان میزبان (host language) نامیده می شوند.
زیرمجموعه ای از زبان میزبان که مختص عملیات ذخیره و بازیابی اطلاعات از پایگاه داده است زبان فرعی داده (Data Sub Language) نام دارد.
هر DSL ترکیبی از سه زبان دیگر است:
1. احکام تعریف داده (DDL)
2. احکام کارکردن با داده (DML)
3. احکام کنترلی (DCL)
زبان تعریف داده
DDL مخفف Data Definition Language امکان تعریف یا توصیف اشیای پایگاه داده را می دهد. ساختار رکوردها، تعریف فیلدها، محل فایل ها و شیوه ذخیره سازی داده ها در بانک به وسیله احکام DDL انجام می پذیرد.
مثال. نوع رکور زیر را درنظر بگیرید.

create table account ( account-number  char(10), balance    integer)

زبان دستکاری داده

DML مخفف Data Manipulation Language عملیات پردازشی و دستکاری اشیای پایگاه داده مانند insert، select، update را پشتیبانی می کند.
DML به عنوان زبان پرس و جو هم شناخته می شود واغلب دارای قابلیت انجام محاسبات ریاضی و آماری است که عملیات گزارش گیری از پایگاه داده را آسان تر می کند.

زبان کنترل داده

DCL مخفف Data Control Language امکان تعیین نوع استراتژی های دستیابی، تعریف شاخص ها و مرتب سازی داده های پایگاه داده را می دهد.
دو دسته زبان DSL وجود دارد:
• رویه ای (Procedural). کاربر داده ای که نیاز دارد و نحوه دریافت آن را تعیین می کند.
غیررویه ای (nonprocedural) یا (Declarative). کاربر تعیین می کند چه داده ای مورد نیاز است ولی نحوه حصول آن را بیان نمی کند.
هر سیستم پایگاه داده DSL خاص خود را دارد به عبارت دیگر هر مدل داده زبان فرعی خاص دارد. یک DSL خاص که توسط اغلب سیستم های فعلی پستیبانی می شود SQL است. SQL یک زبان غیر رویه ای است.
سطوح داخلی، ادراکی و خارجی هریک DSL خاص خود را دارند. شِمای هر سطح توسط DSL مربوطه نوشته می شود.
XML مخفف Extensible Markup Language که توسط کنسرسیم W3C معرفی شده است زبان نشانه گذاری مستندات است تا زبان پایگاه داده. اما توانائی آن در تعیین تگ های جدید و تولید ساختارهای تودرتو باعث شد روش مهمی برای تبادل داده بشود و اکنون XML اساس کلیه فرمت های تبادل داده نسل جدید شده است. ابزارهای گوناگونی برای تجزیه، مرور و پرس و جو داده/مستندات XML موجود است.

کاربران پایگاه داده

کاربران یک سیستم پایگاه داده توسط روش هائی که با سیستم تعامل می کنند از هم تفکیک می شوند.

تحلیل گران سیستم

تحلیل گران سیستم (system analysts) با گروه کاربران پایگاه داده به منظور درک نیازهای اطلاعاتی و پردازشی آنها ارتباط دارند. نیاز های اطلاعاتی و پردازشی هر گروه را مجتمع می کنند و مستندسازی می کنند.

طراحان پایگاه داده

طراحان پایگاه داده (database designers) ساختار مناسبی را برای نمایش اطلاعات مشخص شده توسط تحلیل گر سیستم به طریق نرمالسازی شده به منظور تضمین جامعیت و سازگاری داده انتخاب می کنند و با استفاده از DDL داده های پایگاه داده را تعریف می کنند.

پیاده سازان برنامه های کاربردی

برنامه نویسان برنامه های کاربردی (Application Developers) برای برآوردن نیازهای کاربران و کار با پایگاه داده برنامه هایی را آماده می کنند. تست، اشکالزدائی و مستندسازی برنامه و پایگاه داده از وظایف برنامه نویسان است. برنامه نویسان با سیستم توسط احکام DML ارتباط برقرار می کنند.

مدیر پایگاه داده

مدیر پایگاه داده (database administrator) یا بطور خلاصه DBA فردی است که مسئول کنترل عملیات کل سیستم پایگاه داده است. DBA کلیه فعالیت های سیستم پایگاه داده را هماهنگ می کنند. این فرد باید درک خوبی از منابع و نیازهای اطلاعاتی کل سازمان داشته باشد و برای حصول اطمینان از اینکه داده موردنیاز قابل دسترس کاربران قرار می گیرد با آنها در ارتباط باشد.
بعضی از وظایف DBA شامل:
* تعریف شِماها توسط DDL
* تعریف ساختار ذخیره سازی و متدهای دسترسی توسط DDL
* اصلاح شِما و سازماندهی فیزیکی
* اعطای مجوز دسترسی پایگاه داده به کاربران
* تعیین قیدهای جامعیت
* عامل ارتباطی کاربران
* نظارت اجرا و واکنش برای تغییر درصورت نیاز

• برقراری دیکشنری داده

کاربران نهائی

کاربران نهائی (End Users) شامل:
* کاربران پارامتری : که توسط برنامه های کاربردی نوشته شده با سیستم سروکار دارند. مانند تحویلدار بانک و کارکنان دفتری.
کاربران ماهر : که نیاز های پیچیده تری دارند و با قابلیت های DBMS آشنائی کامل دارند. درخواست های خود از پایگاه داده را توسط یک زبان پرس و جو می سازند.
کاربران نهائی اتفاقی : کسانی که دسترسی گاه و بیگاه به پایگاه داده دارند اما ممکن است هر بار نیازهای متفاوتی داشته باشند. از زبان های پرس و جوی و مرورگرهای حرفه ای تر استفاده می کنند.

دیکشنری داده

دیکشنری داده ها (Data Catalog) یکی از امکاناتی است که در سیستم پایگاه داده در اختیار DBA قرار می گیرد. دیکشنری داده ها که به آن راهنمای سیستم نیز می گویند یک متا داده است یعنی اطلاعاتی درباره خود پایگاه داده و داده های ذخیره شده در آن را نگهداری می کند.
دیکشنری داده تعیین می کند چه داده ای موجود است و چه معنی دارد، داده چگونه ذخیره می شود و در کجا قرار دارد، مالک آن چه کسی است و چه کسانی اجازه دسترسی به داده را دارند، تاریخچه و آمار استفاده از داده را دربردارد.
مدل کردن داده (data modeling) تحلیل و توصیف داده های محیط عملیاتی و ارتباط بین آنها و شرح معنی و قیدهای داده است.
یک مدل داده قالب قراردادی برای ساخت و کارکردن با داده دراختیار می گذارد.
یک مدل داده پدیده های دنیای واقعی را توصیف می کند و ساختار داده مورد نیاز برای حل مسئله خاص و ارتباط درونی بین ساختارها را تعریف می کند. دیاگرام ER مثالی از این نوع است که بیشتر توسط طراحان و تحلیل گران سیستم به کار می رود.
علاوه براین مدل داده تعیین می کند یک DBMS چگونه داده را درون خود، به کاربران و برنامه های کاربردی نمایش دهد. مدل رابطه ای مثالی برای این نوع از مدل داده است.

عناصر مدل داده

هر مدل داده باید جنبه های زیر را دارا باشد و نمادهائی برای بیان آنها داشته باشد:
• ساختمان های داده. که راهی برای سازماندهی داده های محیط عملیاتی است و به DBMS می گوید چگونه داده نمایش داده می شود.
جامعیت. برای تضمین سازگاری و اعتبار داده در پایگاه داده است و به DBMS می گوید چگونه مانع ورود داده نامعتبر به پایگاه داده بشود.
عملیات. مجموعه روش هایی که امکان کار با داده را می دهند مانند عملیات اضافه، حذف، اصلاح و بازیابی داده.

ساختمان های داده

لازمه هر مدل داده ای وجود یک ساختار داده ای است. ساختار های داده نحوه سازماندهی داده های محیط عملیاتی و نمایش داده در DBMS را تعیین می کند.
هر مدل داده باید شامل نمادهائی برای تعریف انواع موجودیت، انواع صفات خاصه و انواع ارتباط بین موجودیت ها باشد.

جامعیت

در هر مدل داده باید امکان تعریف قیدهای جامعیت وجود داشته باشد. قیدها قوانینی را برای تضمین سازگاری و اعتبار داده در پایگاه داده است وضع می کنند و به DBMS می گویند چگونه مانع ورود داده نامعتبر به پایگاه داده بشود.

عملیات

یک مدل داده علاوه بر ساختمان داده، مجموعه عملیاتی را تعریف می کند که می تواند روی داده انجام شود.
عملیات امکان کار با داده را می دهند مانند اضافه، حذف، اصلاح و بازیابی داده.
البته این عملیات ممکن است صریحا در زبان پرس و جو خاصی نباشند. بلکه اساسی را فراهم کنند که بر پایه آن زبان پرس و جو ساخته می شود.
انواع مدل های داده
• مدل موجودیت-ارتباط
مدل سلسله مراتبی
• مدل شبکه ای
• مدل های داده شیء گرا
• مدل داده نیمه ساختیافته (XML)
• مدل رابطه ای
مدل سلسله مراتبی
قدیمی ترین مدل برای طراحی پایگاه داده مدل سلسله مراتبی ( hierarchical model) است، که در اوایل دهه 60 توسط IBM برای سازماندهی دنیای تجارت به شکل سلسله مراتبی پیشنهاد شد.
در مدل سلسله مراتبی داده ها و ارتباط بین آنها به کمک یک درختواره نمایش داده می شوند.
درختواره گرافی است دارای یک ریشه و تعدادی گره که بین هر دو گره پیوندی وجود دارد. پیوند یک مسیر منطقی را از یک گره در سطح بالا به یک گره دیگر در سطح پایین برقرار می کند. مسیری از گره سطح پایین تر به گره سطح بالاتر وجود ندارد.
مدل اجازه تکرار اطلاعات را توسط ارتباطات والد/فرزند می دهد؛ یعنی هر گره در هر سطح می تواند تعدادی گره وابسته یا فرزند داشته باشد که بعنوان والد آنها محسوب می شود. هر گره فرزند تنها دارای یک گره والد است.
مثال. شرکتی چند شعبه دارد. هر شعبه احتیاج به چندین قطعه برای ساخت محصولاتش دارد. هر قطعه از چند تهیه کننده تهیه می شود.
در ساختار سلسله مراتبی دو نوع رکورد قطعه و موجودیت به صورت زیر تعریف می شوند:

Product ( P#, Pname, Color, Weight, City) Supplier (S#, Sname, Status, City, QTY)

خواص مدل
* هر گره درختواره حاوی کلیه صفات خاصه یک نوع رکورد تحت یک نوع موجودیت است.
* درختواره مجموعه ای از رکوردها با انواع مختلف می تواند باشد.
• مجموعه ای از پیوندها را دارد که کلیه انواع رکورد را در ساختار بهم متصل می کند.
• حداکثر یک پیوند بین دو نوع رکورد وجود دارد بنابراین پیوندها نامگذاری نمی شوند.
* هر رکورد تنها والد در سطح بالاتر در درخت وجود دارد.
• اتصالی بین رکوردهای هم نوع وجود ندارد. بین رکوردهای هم سطح نمی توان حرکت کرد مگر اینکه والدشان یکی باشد.
* نقطه ورود به ساختار همیشه ریشه است و مسیر منطقی همیشه از بالا به پایین است.
• دو عملگر جداگانه برای یافتن داده ای در ریشه و پرس و جو در فرزندان مورد نیاز است.
ادامه دارد .....
مارسال مقاله توسط عضو محترم سایت با نام کاربری : davidfattahi
/س